Повышение долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем и совершенствование технологии их применения при ремонте машин и агрегатов бытового обслуживания

Тартанов, Александр Алексеевич

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем и совершенствование технологии их применения при ремонте машин и агрегатов бытового обслуживания

кандидата технических наук: Тартанов, Александр Алексеевич
город: Шахты
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.02.13
цена: 450 рублей

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Повышение долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем и совершенствование технологии их применения при ремонте машин и агрегатов бытового обслуживания»

Автореферат диссертации по теме "Повышение долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем и совершенствование технологии их применения при ремонте машин и агрегатов бытового обслуживания"

На правах рукописи

ТАРТАНОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВЫХ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ СИСТЕМ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ РЕМОНТЕ МАШИН И АГРЕГАТОВ БЫТОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность 05.02.13-Машины, агрегаты и процессы (коммунальное хозяйство и бытовое обслуживание)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Шахты 2005

¿8908

На правахрукописи

ТАРТАНОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВЫХ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ СИСТЕМ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ РЕМОНТЕ МАШИН И АГРЕГАТОВ БЫТОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (коммунальное хозяйство и бытовое обслуживание)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Шахты 2005

2257950

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения».

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Кожемяченко Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Першин Виктор Алексеевич

кандидат технических наук Данюшина Галина Алексеевна

Ведущая организация ОАО «Краснодарбыттехника», г. Краснодар

Защита состоится 23 декабря 2005 г. в 10 час на заседании диссертационного совета К 212.313.01 в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса по адресу:

346500, г. Шахты, Ростовская область, ул. Шевченко, 147, ауд. 2247

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.

Автореферат разослан » НОЯШрЯ 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К.212.313.01

КОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА |

СИ оэ

«ЬЛИи!"" |

Куренова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Улучшить качество бытового обслуживания населения можно путем повышения механизации предприятий, применения новейших технологий, эффективного использования оборудования и подготовки высококвалифицированных специалистов. Представленная работа направлена на решение актуальных задач по разработке научных основ новых технологических процессов ремонта бытовых машин и приборов (БМП) с целью повышения качества услуг и эффективности работы предприятий.

Значительное число металлических деталей, узлов, агрегатов БМП и технологического оборудования предприятий сервиса, работающих под давлением жидких и газообразных агрессивных сред, выходят из строя по причине нарушения герметичности. Традиционными способами восстановления герметичности являются методы с использованием сварки, пайки, эластичных прокладок, прижатых к отверстию с помощью механических приспособлений (хомутов, струбцин, резьбовых соединений и т.п.). Для осуществления проведения ремонта данными способам требуется иметь сложное оборудование, высококвалифицированный персонал. Внешний вид отремонтированных деталей не всегда соответствует требованиям заказчика.

В связи с этим большой интерес представляет использование полимерных клеев для восстановления герметичности деталей и узлов бытовых холодильных приборов, машин для обработки белья, аппаратов химической чистки одежды и технологического оборудования, эксплуатирующегося при воздействии агрессивной среды. Во многих случаях применение полимерных клеев-герметиков позволяет значительно упростить технологию ремонта, снизить стоимость и сократить сроки его проведения, организовать ремонт на базе небольших ремонтных предприятий и на дому у заказчика.

Например, по причине нарушения герметичности испарителя в ремонт поступает 15-20 % холодильных агрегатов бытовых холодильников. До настоящего времени большинство алюминиевых испарителей бытовых холодильников не восстанавливается, а заменяется на новые. Существующие способы ремонта испарителей не получили широкого распространения, поскольку для осуществления аргоно-дуговой сварки алюминия требуется специальная аппаратура и высококвалифицированные сварщики, а пайка алюминия под флюсом также вызывает ряд трудностей, связанных с малой толщиной стенки канала (0,7 - 0,9 мм) и опасностью возникновения электрохимической коррозии в месте пайки. На поверхности испарителя, отремонтированного с использованием сварки или пайки, выгорает лаковое защитное покрытие и остается темное пятно, портящее его внешний вид. Отсутствие доступных методов ремонта испарителей вызывает повышение стоимости ремонта, а в некоторых случаях приводит к увеличению сроков ремонта из-за отсутствия необходимого типоразмера испарителя.

Клеевой способ восстановления герметичности при ремонте БМП и оборудования, используемого-на предприятиях бытового обслуживания еще не получил широкого распространения, поскольку существуют опасения в недостаточной надежности клеевого уплотнения. Подобные опасения являлись в какой-то

мере оправданными, поскольку первые попытки применения клеев для восстановления герметичности металлических деталей носили эмпирический характер и не всегда давали требуемый результат. Недостаточная изученность факторов, от которых зависит долговечность клеевого уплотнения, приводит к неудачам в использовании клеевого способа ремонта, затрудняет его внедрение.

Практический опыт использования клеев на предприятиях сервиса, а также результаты теоретических исследований по данному направлению технологии ремонта, накопленные в процессе многолетней работы, нуждаются в обобщении и систематизации. Это обусловлено множеством нерешенных задач, с которыми сталкиваются специалисты, занимающиеся ремонтом и обслуживанием аппаратов, в которых имеются замкнутые объемы, заполненные жидкостями и газами, находящимися под давлением.

Сложное взаимодействие многокомпонентной клеевой композиции и металлических элементов клеевого уплотнения, одновременное протекание в нем механических и физико-химических процессов под воздействием нагрузок, герметизируемой и окружающей сред, дают основание рассматривать его как систему. В дальнейшем эту систему будем называть металлополимерной клеевой герметизирующей системой (КГС).

Целью работы является разработка и исследование металлополимерных клеевых герметизирующих систем, направленные на повышение их долговечности, совершенствование технологии применения клеевых герметизирующих систем при ремонте БМП и технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ известных в ремонтной практике способов восстановления герметичности металлических деталей, узлов, агрегатов, работающих под давлением жидких и газообразных агрессивных сред, и определить номенклатуру деталей бытовой техники, пригодных к ремонту клеевым способом, определить виды повреждений, связанных с нарушением герметичности;

- исследовать металлополимерное клеевое уплотнение как систему, определить основные элементы системы и установить характер их взаимодействия; определить факторы, воздействующие на КГС в процессе эксплуатации БМП и технологического оборудования предприятий сервиса; провести системный анализ проблемы повышения долговечности металлополимерных КГС и выявить факторы, определяющие их прочность и долговечность;

- разработать методики экспериментального исследования металлополимерных КГС и технические средства для их проведения;

- разработать и испытать клеи-герметики, предназначенные для восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов БМП и технологического оборудования и соответствующие технологическим, эксплуатационным, гигиеническим и другим требованиям, разработать технологические параметры применения клеев-герметиков;

- исследовать влияние вида конструктивной схемы, геометрических параметров и напряженного состояния металлополимерных КГС на их прочность и долговечность; изучить напряженное состояние герметизирующих систем и разработать методики прогнозирования их долговечности;

- разработать рекомендации по использованию конструктивных решений КГС, клеев-герметиков и разработке технологий ремонта с применением ме-таллополимерных КГС, обладающих повышенной долговечностью;

- разработать технологические процессы и оснастку для реализации предложенных способов восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов БМП и технологического оборудования; провести производственные испытания и внедрение разработанных технологий.

Объект исследований. В качестве объектов исследований выбраны метал-лополимерные клеевые герметизирующие системы, применяемые при ремонте БМП и технологического оборудования предприятий бытового обслуживания.

Методы исследования. В работе использовались методы системного анализа, математического анализа и моделирования, методы аналогового и натурного моделирования.

Для проведения экспериментальных исследований использовали как стандартные и традиционные методики, приборы и стенды, так и специально разработанные для решения конкретных научных и производственных задач. Для определения физико-механических и физико-химических характеристик объектов исследования использовались приборы, аппаратура и оборудование лабораторий ЮРГУЭС, ЮРГТУ (НПИ) и ряда других научных учреждений и производственных предприятий. Обработку результатов экспериментов и математическое моделирование проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Word, Microsoft Excel, MathCAD , Microsoft Visio, Adobe Photoshop и пакета символьных математических вычислений Maple 9.5 для операционной системы Windows ХР.

Научная новизна работы состоит в научно обоснованном подходе к проблеме использования полимерных клеев-герметиков для восстановления герметичности деталей и узлов БМП и технологического оборудования, работающих под воздействием повышенного давления и агрессивных сред, с целью повышения качества ремонта, введения новой услуги и получения экономического эффекта.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что впервые дано определение металлополимерным КГС; предложены и проанализированы обобщенные структурные модели основных типов КГС, используемых в ремонтной практике; определены основные требования к конструкциям КГС, обладающих необходимой долговечностью.

Впервые на основе системного подхода к решению проблемы повышения долговечности металлополимерных КГС, применительно к условиям эксплуатации бытовой техники, изучены и теоретически обобщены факторы, определяющие их прочность и долговечность; установлена связь между указанными факторами, дана оценка их вклада в обеспечение прочности, герметичности и долговечности металлополимерных КГС, показана возможность значительного повышения долговечности клеевых уплотнений, используемых для ремонта бытовой техники.

Разработаны и испытаны новые рецептуры полимерных клеев-герметиков с улучшенными характеристиками, удовлетворяющие технологическим, эксплуатационным, гигиеническим и другим требованиям, предъявляемым к мате-

риалам, используемым для восстановления герметичности металлических деталей бытовой техники. Путем построения математических моделей клеевых композиций оптимизирован их состав.

Экспериментально исследовано влияние состава полимерного клея, напряженного состояния, агрессивной среды, температурного режима эксплуатации клеевых соединений металлов и КГС на их физико-механические характеристики и долговечность. Разработана методика испытаний КГС и прогнозирования их долговечности применительно к бытовым машинам, приборам и технологическому оборудованию.

Разработаны и испытаны физические модели метаплополимерных КГС различных конструктивных типов, разработаны КГС с повышенной прочностью и долговечностью, которые обеспечивают снижение напряжений в клеевом шве, уменьшение воздействия агрессивной среды и перепадов температуры. Разработаны математическая модель напряженного состояния метаплополимерных КГС и методика прогнозирования их долговечности.

Разработаны и внедрены в производство новые технологические процессы и технологическая оснастка для реализации предложенных способов восстановления герметичности холодильных агрегатов и других машин и аппаратов бытового назначения.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке научных основ технологических процессов ремонта бытовой техники, с использованием новых полимерных клеев-герметиков и способов восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов на предприятиях сервиса, которые обеспечат повышение качества ремонта, введение новой услуги и получение экономического и социального эффектов.

Реализация результатов работы. Разработанные технологии, описание конструктивных схем КГС, технологических приспособлений и способов герметизации, рецептуры клеев-герметиков опубликованы в бюллетенях научно-технической информации отрасли бытового обслуживания, представлены на научных конференциях международного, регионального и вузовского уровней. Результаты работы внедрены на предприятиях бытового обслуживания населения: ОАО «Краснодарбыттехника» г. Краснодар, ОАО «Сервисбытгехника» г. Ростов-на-Дону, ЗАО «Рембыттехника» г. Ставрополь, ЗАО «Прогресс» г. Шахты и др. Технологии ремонта БМП с помощью полимерных клеев экспонировались на выставках Всероссийского и регионального уровней и получили положительный отзыв. Результаты работы используются при выполнении дипломных работ, НИР студентов, в лабораторных практикумах по дисциплинам «Диагностика бытовых машин и приборов», «Химические материалы в проектировании бытовых машин, приборов и технологического оборудования», «Физико-химические методы оценки свойств полимеров», «Химия (Часть 3. Химия и физика высокомолекулярных соединений)».

Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные разделы докладывались и получили положительную оценку на: научно-практических конференциях ШТИБО, ДГАС, ЮРГУЭС и Межвузовских научно-практических конференциях на базе ЮРГУЭС в 1977-2005 гг. (всего 32 доклада); научно-технических

конференциях МТИ (МГУС) в 1977, 1986 гг. (5 докладов); научно-технической конференции ЦНИИБыт -1983 г. - 3 доклада; республиканских научно-практических конференциях работников бытового обслуживания населения в г, Уфа (1979,1981 гг.) - 2 доклада, в г. Волгоград -(1988, 1989 гг.) -2 доклада; выставке достижений народного хозяйства СССР в 1987,1988 гг.; Всесоюзных научно-технических конференциях «Прогрессивные полимерные материалы, их переработка и применение» в г. Ростов-на-Дону, 1989 г. -1 доклад, в г. Аксай 1990 г. -2 доклада; V Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» в г. Пенза, 2003 г. -1 доклад; Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» в г. Пенза, 2004 г. -1 доклад; Международной научно-технической конференции «Композиционные материалы» в г. Пенза, 2005 г,-1 доклад; II Всероссийской научно-практической конференции «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении» в г. Пенза, 2005 г. -1 доклад.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 статей и тезисов докладов, 13 отчетов по госбюджетным и хоздоговорным научно-исследовательским работам.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, библиографического списка и приложений. Работа содержит 57 рисунков, 19 таблиц. В приложениях приведены документы по технологическим процессам ремонта, чертежи технологической оснастки, акты внедрения и другие материалы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе дано обоснование выбранного направления исследований и проведен анализ применения клеевых композиций для восстановления герметичности металлических деталей, узлов, агрегатов и другого оборудования.

На основе проведенного литературного и патентного поиска дан анализ известных способов восстановления герметичности при ремонте металлических деталей, агрегатов и оборудования, работающих под давлением в условиях агрессивной среды (с использованием сварки, пайки, механических уплотнений и полимерных клеев-герметиков), указаны достоинства и недостатки каждого способа ремонта. Показано, что клеевой способ восстановления герметичности обладает рядом преимуществ - упрощается технология ремонта, снижается его себестоимость, сокращаются сроки его проведения, появляется возможность организовать ремонт на базе небольших ремонтных предприятий и на дому у заказчика. Анализ результатов практического использования рекомендуемых в литературе клеевых способов восстановления герметичности (путем нанесения на отверстие слоя клея или приклеивание на отверстие металлической пластины) показал, что они в некоторых случаях не обеспечивают необходимый уровень надежности и долговечности работы отремонтированных деталей.

С целью выяснения причин возникновения указанных недостатков и их устранения, в рамках данной работы была определена номенклатура металлических деталей БМП и технологического оборудования предприятий сервиса, поступающих в ремонт по причине нарушения герметичности. Установлены основные виды повреждений, определены причины их возникновения. Выявлены факторы, воздействующие на клеевую герметизирующую систему в процессе эксплуатации БМП и технологического оборудования предприятий сервиса.

Во второй главе проведено теоретическое обоснование методики решения проблемы повышения долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем, дана характеристика методов и объектов исследования.

Методологической основой решения указанной проблемы выбран системно-информационный подход, который позволяет рассматривать ее как с точки зрения иерархии целей, так и с точки зрения процессов переработки информации как средства достижения поставленных целей. Проведен анализ клеевых металлополимерных уплотнений как систем. Определена структура данных систем, выяснены параметры, характеризующие взаимодействие элементов системы или влияющие на механические и физико-химические процессы, которые сопровождают герметизацию.

В связи с тем, что в литературе отсутствует формулировка понятия (термина) «металлополимерная клеевая герметизирующая система» предложено следующее определение: это совокупность герметизируемой и окружающих сред, металлических стенок и герметизирующего полимерного клеевого слоя, которые обеспечивают сохранение необходимой степени герметичности и конструкционной прочности системы в значительной мере за счет действия сил адгезии клея и металла.

Главной операцией системного анализа является построение обобщенной модели, отображающей факторы и взаимодействия реальной ситуации. На основе анализа литературных источников и практического опыта работы было установлено, что большинство способов герметизации с использованием клея сводятся к формированию КГС трех основных типов. В соответствии с этим предложены обобщенные структурные модели металлополимерных КГС (рис. 1), позволяющие представить их в формализованном, упрощенном виде, выяснить связи между элементами системы, изучить их характер и взаимодействие.

На схемах моделей стрелками показано направление диффузии или утечки герметизируемой среды. Около изображения основных элементов герметизирующей системы обозначены параметры, влияющие на их взаимодействие и на механические, физические и химические процессы, которые происходят при герметизации.

Проведен анализ факторов, определяющих прочность и долговечность ме-таллополимерной КГС, изучены способы формирования и роль адгезионного контакта, описаны факторы, влияющие на адгезионную прочность и монолитность клеевого слоя. С позиций системного подхода такой сложный объект, как проблема долговечности КГС, целесообразно подвергать нескольким расчленениям, критерием выбора которых является построение единицы анализа, позволяющей фиксировать структуру и свойства объекта. На блок-диаграмме (рис. 2) структура

факторов, определяющих долговечность КГС, представлена в виде иерархического дерева с тремя уровнями детализации, в котором множество факторов одного уровня является подсистемой для следующего более высокого уровня.

Давление воздуха, влажность, температура, агрессивность среды

■Адгезия клея к металлу, когезионные свойства, химическая стойкость, диффузионная проницаемость, монолитность, уровень остаточных напряжений, коэффициент термического расширения; стоЙкоЛь к

Омачивающая способность

Геометрическая форма и размеры отверстия

Физико-механические и физико-химические свойства металла, коэффициент термического 1асширения

давление газа или жидкости,.температура, проникающая способность, плотность, вязкость, химическая активность

а) - герметизация путем заполнения клеем отверстия в металле __

(Ч/ ГГПМРТПИЧРГЧСЯЯ 1 С \

"

геометрическая форма и размеры зазора

б) - герметизация путем склеивания в) - комбинация способов а) и б)

двух металлических деталей, не имеющих механической связи.

Элементы системы: 1 - герметизируемая среда; 2 - металлические элементы, 3 -окружающая среда: 4 - герметизирующий полимерный клеевой слой (шов), 5 - отверстие I металле, 6 - зазор между двумя металлическими деталями

Рис. 1 - Структурные модели КГС с различными способами герметизации и параметры элементов систем

В результате системного анализа влияния структурных характеристик приведенных на блок-диаграмме, а также на основе теоретических представлений, литературных сведений и экспериментальных данных установлено, что долговечность КГС определяется шестью главными факторами второго и третьего уровней: рецептурным, адгезионным, конструкционным, технологическим, эксплуатационным, физико-механическими и физико-химическими свойствами клеевого слоя. Наибольшей весомостью обладают конструкционный, рецептурный и адгезионный факторы.

Рис. 2 Системный анализ влияния структурных характеристик на долговечность метаплополимерных клеевых герметизирующих систем, используемых при ремонте металлических деталей и узлов бытовой техники, технологического оборудования предприятий сервиса

Результаты анализа взаимодействия главных факторов, определяющих долговечность КГС, можно представить в виде ориентированного графа в = (X, А) с парой конечных множеств X и А (рис. 3). Элементами первого множества являются факторы X, определяющие долговечность (вершины графа), а элементы второго множества А (ребра графа) показывают характер взаимодействия факторов.

Рис. 3 - Граф структуры связей между факторами, определяющими долговечность металлополимерной КГС. Обозначение факторов: Х1 - рецептурный; Хг -адгезионный; Хз - свойства клеевого слоя; Х4 - технологический; Х5 - эксплуатационный; Х6 - конструкционный.

На следующем этапе проведения исследований определяли качественный и количественный объем информации, полученной на предыдущих уровнях. Наибольшей информативностью обладают характеристики тех факторов, которые можно использовать в расчетах большее число раз и их влияние на выходную характеристику (долговечность) является наиболее весомым.

Третья глава посвящена разработке и исследованию клеев-герметиков, предназначенных для восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов бытовых машин, технологического оборудования предприятий сервиса.

Проведен сравнительный анализ свойств клеев и выбор полимерной основы клея, пригодной для разработки клеев-герметиков. Сформулированы требования, предъявляемые к клею и клеевым соединениям, предназначенным для восстановления герметичности деталей и узлов БМП.

Установлено, что наиболее пригодными для восстановления герметичности являются клеи, образующие в процессе формирования клеевого соединения сетчатую структуру. Из данного типа клеев требуемому комплексу показателей близко соответствуют клеи на основе эпоксидных олигомеров. Выпускаемые в настоящее время эпоксидные клеи по ряду характеристик не удовлетворяют раз-I работанным требованиям.

В результате экспериментального исследования были разработаны рецептуры и технологические параметры использования нескольких видов эпоксид-ь ных клеев-герметиков с улучшенными физико-механическими и технологиче-

скими характеристиками.

Одним из перспективных типов клеевых композиций, пригодных для восстановления герметичности, являются одноупаковочные эпоксидные клеи (ОЭК). Клеи данного типа обладают рядом технологических преимуществ по сравнению с эпоксидными клеями, поставляемыми потребителям в двух упаковках (1 - эпоксидная основа с добавками, 2 - отвердитель), поскольку при использовании ОЭК исключается наиболее ответственная операция по дозировке и смешению эпоксидной основы и отвердителя. Жизнеспособность ОЭК весьма продолжительна и составляет от 3 месяцев до 1 года, в то время как у двухупа-

ковочных клеев - от нескольких минут до 1 ч. Проведена разработка двух типов ОЭК - пленочного и в виде прутка (карандаша).

При выборе основы пленочного клея испытывали твердые и жидкие эпоксидные олигомеры (ЭО) марок ЭД-8, Э-41, Э-49, ЭД-20; ЭД-16. В качестве модификатора и пленкообразующего вещества использовали поливинилбути-раль (ПВБ) и каучуки, обладающие высокой адгезией ко многим материалам. Отвердителем служил дициандиамид (ДЦЦА), относящийся к классу латентных отвердителей, проявляющих свою активность только при повышенной температуре (125 - 200 °С). Наиболее пригодным модификатором показал себя ПВБ. Введение в состав клеевой композиции 40 - 50 мае. % ПВБ значительно повышает прочность клеевого соединения. Технологические параметры процесса отверждения пленочного эпоксидного клея: температура - 175 °С, продолжительность -1 час.

Для оптимизации состава пленочной клеевой композиции была осуществлена проверка влияния количества модифицирующей добавки и содержания в композиции отвердителя на адгезионные свойства с целью получения максимальной прочности клеевых соединений металла:

где У - прочность клеевых соединений - критерий оптимизации, величина которого контролируется в ходе эксперимента; Х1 - количество ПВБ; Х2 -количество ДЦЦА; Х,Х2 - факторы (входные параметры), которые должны варьироваться при проведении эксперимента.

Для большей достоверности полученных экспериментальных данных по оптимизации состава пленочной клеевой композиции использовали центральное композиционное ротатабельное планирование второго порядка, которое позволяет получать математические модели, в соответствии с которыми можно выбирать наилучшее соотношение между количеством ПВБ и ДЦЦА. С помощью программы, составленной с использованием пакета символьных математических вычислений Мар1е 9.5, построены сечения поверхности отклика, рассчитаны значимые коэффициенты уравнения регрессии и построен геометрический образ (рис. 4) исследуемого процесса в виде поверхности отклика. По-

V=f(XlX2) —>тах

(1)

g »

Рис. 4 - Зависимость прочности клеевых соединений стали Ст 20 от содержания ДЦЦА и ПВБ (пленочный клей состава: ЭД-20; ПВБ; ДЦДА)

верхность отклика позволяет определить значения показателя прочности в любой точке при наличии состава клеевой композиции, у которой значения факторов Х[ и Х2 находятся в указанных пределах.

Полученное уравнение регрессии для пленочного клея с эпоксидной основой композиции на базе олигомера ЭД-20 имеет вид:

У = 24,82 + 1,94Х, + 1,6Х2 - 0,65Х, Х2 - 0,99Х!2 - 1,22Х22

1 Результаты, полученные при проведении оптимизации состава клея с по-

мощью ЦКРП второго порядка хорошо согласуются с результатами, полученными с помощью физико-химических методов исследования клеевой компози-* ции (ИК-спектроскопия, деривативная термогравиметрия, термомеханический

анализ, растровая электронная микроскопия и др.), что подтверждает правомочность использования данного метода для оптимизации клеевых композиций. По аналогичной методике проводилась оптимизация состава и других клеевых композиций.

Установлено, что введение в состав клеев оптимального количества наполнителя позволяет улучшить физико-механические характеристики клеевого соединения. Результаты испытания клеевых композиций с различным типом и содержанием наполнителя показали, что зависимость прочности от содержания наполнителя носит экстремальный характер. Наполнители (алюминиевая пудра, пылевидный кварц и железный порошок) повышают прочность клеевого соединения на 10 - 30 %, уменьшают коэффициент линейного термического расширения отвержденной клеевой пленки, приближая его к аналогичному коэффициенту у металлов, при этом наблюдается значительное снижение уровня остаточных напряжений в клеевом слое. Доказано, что при специальной обработке металлического наполнителя удается активизировать поверхность его частиц и повысить прочность клеевых соединений металлов.

Для упрощения технологии применения ОЭК важно ускорить процесс отверждения и снизить его температуру. С целью решения данной задачи были синтезированы (под руководством к.х.н. Романенко Т.В.) и испытаны на каталитическую активность в реакциях отверждения эпоксидных олигомеров л р-аминовинилиминаты переходных металлов, полученные на основе замещен-

ных малондиальдегидов. Подобные соединения ранее не применялись в качестве ускорителей отверждения. В качестве исходной композиции при испытаниях использовали смесь твердого ЭО марки Э-49 и отвердителя ДЦДА в соотношении по массе 100 :2,7.

В качестве ускорителей отверждения были испытаны моноядерные комплексы с бис-азометинами на основе Х-малондиальдегидов и полиядерные металл-хелатные комплексы с бис-азометиновыми производными 4-пиридилмалондиальдегида.

Выяснено, что моноядерные металл-хелаты незначительно повышают скорость отверждения эпоксидных композиций, а полиядерные комплексы являются эффективными ускорителями процесса отверждения.

Целенаправленное варьирование металла и заместителей в аминном и альдегидном фрагментах позволило усилить каталитическое действие комплексных соединений. Наибольший интерес вызывают каталитические свойства полиядерного комплекса меди, который сокращает время желатинизации (схватывания) клеевой композиции по сравнению с исходной композицией при 150 °С в - 5 раз, при 180 °С - в 3 раза, а при 200 °С - более чем в 3 раза.

полиядерный металл-хелатный комплекс i

М = Cu(II), Ni(II); Co(IT) R = СбН5,4-CH3OC6H4; 4-C2H5OC6H4;Y= СН3СОО~, N03~ n = 1,2

На основе результатов исследований был разработан одноупаковочный клей с добавкой ускорителя отверждения. Время желатинизации клея при 130 °С составляет 5,5 мин, при 180 °С - 2,5 мин, при 200 °С - 1 мин. Клей сохраняет жизнеспособность при 20 °С в течение 6 месяцев, при температуре 4 - 5 °С - не менее 1 года. В состав клеевой композиции входят: смесь двух эпоксидных олигомеров с различными молекулярными массами, отвердитель ДЦЦА, ускоритель отверждения и наполнитель. Рецептура клея была оптимизирована с помощью ЭВМ. Клей имеет вид порошка или прутка (карандаша). Прочность склеенных стальных образцов при испытаниях на сдвиг составляет 25 МПа, алюминиевых образцов - 21 МПа. Клей обладает высокой стойкостью к действию воды, атмосферных факторов и агрессивных сред, обеспечивает герметичное соединение склеиваемых деталей.

С целью улучшения эластичных свойств отвержденного клеевого слоя была разработана двухупаковочная эпоксидная композиция холодного отверждения, модифицированная полиуретановым эластомером. Модифицированный клей показал более высокую прочность склеенных образцов на сдвиг, равномерный и неравномерный отрыв. Данные результаты объяснены образованием в ходе отверждения модифицированной эпоксидной композиции двухфазной полимерной системы. При исследовании с помощью растрового электронного 1

микроскопа пленок отвержденной диэтилентриамином композиции обнаружено присутствие в эпоксидной матрице дисперсной фазы в виде сферических образований (капелек, глобул) размером от 2 до 20 мкм (рис.5). Подобные струк- • туры наблюдались и в отвержденном пленочном клее.

Клеевые соединения, используемые для ремонта БМП, должны обладать стойкостью к воздействию эксплуатационных факторов, возникающих при их эксплуатации. Проведенные испытания клеевых композиций различного состава на стойкость к воздействию воды, раствора синтетического моющего средства (CMC), хладоно-масляной смеси на основе хладонов R-12, R-134a, R-290 показали, что они не вызвали значительного снижения прочности клеевых соединений.

Рис. 5 - Структура эпоксидного полимера на основе: а - олигомеров ЭД-20 и Э-41, модифицированных поливинилбутиралем (отвердитель ди-циандиамид), *2000; б - смолы ЭДО, модифицированной полиуретаном (отвердитель диэтилентриамин), х 10000

Была определена зависимость прочности клеевых соединений-металлов от температуры для различных клеев. Установлено, что клеевые соединения сохраняли уровень прочности при пониженной температуре (до минус 28°С) на достаточно высоком уровне. Причем, уменьшение прочности клеевых соединений на клеях холодного отверждения было менее значительным (5-10 %), чем у клеев горячего отверждения (10-20 %). При высокой температуре испытания (до 100 °С) клеи горячего отверждения сохраняли прочность на более высоком уровне (14-15 МПа), чем клеи холодного отверждения. Повышенной стойкостью к действию резкого перепада температуры обладали клеи, модифицированные высокомолекулярными соединениями.

Клеи, предназначенные для ремонта испарителей холодильных агрегатов, должны соответствовать гигиеническим требованиям и быть устойчивыми к действию пищевых сред. После проведения испытаний с использованием модельных пищевых сред, рекомендованных органами санитарного надзора, установлено, что разработанные клеи обладают достаточно высокой стойкостью к пищевым средам и могут быть использованы для ремонта испарителей.

В соответствии с результатами испытаний были разработаны рекомендации по применению каждого вида клея-герметика для ремонта конкретных деталей БМП.

В четвертой главе проведено исследование влияния вида конструктивной схемы, геометрических параметров и напряженного состояния металлополи-мерных КГС на их прочность и долговечность; разработаны математические модели напряженного состояния герметизирующих систем и методика прогнозирования их долговечности.

Для определения характеристик напряженного состояния различных ме-таллополимерных КГС при действии кратковременных и долговременных нагрузок были разработаны и испытаны физические (натурные) модели КГС с различными конструктивными и геометрическими параметрами. Необходимость использования обобщенных моделей КГС вызвана тем, что конструктив-

ные схемы и размеры реальных деталей БМП, а также виды повреждений, приводящих к разгерметизации, отличаются большим разнообразием.

Из анализа существующих способов восстановления герметичности при помощи полимерных клеев следует, что все известные конструкции КГС, формируемые в процессе ремонта, можно свести к нескольким основным типам, которые можно воспроизвести в виде моделей № 1 - 5, показанных на рис. 6.

Разработанные модели воспроизводят участок металлической стенки (пластины), в которой имеется повреждение, нарушающее ее герметичность. Модели имели вид плоских металлических дисков диаметром 30 мм. Толщину пластины в различных моделях выбирали в пределах 2 - 4 мм. В диске имитировалось повреждение в виде сквозного цилиндрического отверстия, диаметр которого варьировался в диапазоне 1-8 мм. Толщину пластины и диаметр отверстия в моделях выбирали, исходя из толщины стенок металлических деталей реальных образцов БМП и технологического оборудования, а так же размеров повреждений в них. Параметром, характеризующим геометрические размеры отверстия, выбран коэффициент формы отверстия Кф„ - отношение диаметра отверстия к его глубине: Кф0 = с^и/Ь^в. Модели изготавливали из стали или алюминиевого сплава.

Отверстие в центре диска герметизировали одним из клеевых способов. Кроме применяемых в ремонтной практике клеевых способов герметизации (модели № 1 - 5) были испытаны модели, в которых герметизация проводилась путем вклеивания в отверстие цилиндрической металлической вставки (модель № 6). В этом виде КГС реализуется цилиндрическое клеевое соединение металлов, обладающее рядом преимуществ перед другими видами клеевых соединений. В модели № 7 цилиндрическая вставка дополнительно усиливалась наклеенным сверху плоским металлическим пластырем.

Для выяснения влияния способа герметизации и геометрических параметров КГС на их прочность модель помещали в приспособление для проведения испытаний на гидравлическом стенде и определяли разрушающее давление Рр. при действии герметизируемой среды. Проводили три вида испытаний моделей на прочность: 1) определяли Рр сразу после отверждения клея (начальная прочность при кратковременных испытаниях); 2) Рр - после воздействия на модель агрессивных сред и резкого перепада температуры, но без длительного действия давления герметизируемой среды (остаточная прочность после действия эксплуатационных факторов); 3) Рр - после длительного действия давления герметизируемой среды (30% от Рр) и других эксплуатационных факторов (остаточная прочность после длительной нагрузки).

В результате испытаний моделей установлено, что наиболее высокую начальную прочность при кратковременных испытаниях показали модели КГС с герметизирующим элементом в виде вклеенной металлической пробки (6 и 7). Следующими по уровню начальной прочности были модели с заполнением отверстия клеем (1,2,5). Модели КГС, герметизированные путем приклеивания на отверстие пластыря, но без заполнения отверстия клеем (3,4), имели самую низкую прочность, причем с увеличением с^т» происходило резкое снижение прочности. Использование клеевого или металлического пластыря для допол-

нительной герметизации в КГС 2,5 и 7 не привело к значительному возрастанию начальной прочности (рост на 7 - 15%). Эффективность использования пластыря уменьшалась при увеличении Кфо. С повышением толщины металлической стенки у моделей КГС 1,2,5,6,7 величина Рр возрастала, но менее значительно, чем это следует из увеличения площади клеевого шва. Таким образом, в этих моделях КГС имеет место проявление масштабного фактора.

Наибольшую устойчивость к длительному воздействию давления (30% от Рр) герметизируемой среды (воды, раствора CMC, хладоно-масляных смесей, перхлорэтилена, уайт-спирита,) а также к циклическому перепаду температуры в условиях влажной среды показали модели КГС 6 и 7. Снижение прочности было не более чем на 10 - 15%. Данный результат подтверждает положение, что наибольшей прочностью и долговечностью обладают цилиндрические ме-таллополимерные КГС с тонким клеевым елеем, поскольку в них под действием давления среды возникают в основном сдвиговые напряжения, наиболее предпочтительные для клеевых соединений.

Условные обозначения'

Рис 6 - Модели меташюполимерных клеевых герметизирующих систем, применяемых при ремонте: без использования (13) и с использованием металлического пластыря или вставки (4-7). Способы герметизации:

1 - заполнение отверстия диаметром <1 и, и глубиной IV, клеем («клеевая пробка»);

2 - заполнение отверстия клеем и нанесение слоя клея на поверхность детали («клеевая пробка и клеевой пластырь»);

3 - нанесение на поверхность детали слоя клея, армированного стеклотканью, без заполнения отверстия клеем («стекло-пластиковый пластырь»);

4 - наклеивание плоского металлического пластыря диаметром ^ и толщиной Ьцл без заполнения отверстия клеем («металлический пластырь»);

5 - наклеивание плоского металлического пластыря с заполнением отверстия клеем («клеевая пробка с металлическим пластырем»);

6 - вклеивание в отверстие металлической вставки («металлическая пробка»);

7 - вклеивание в отверстие металлической вставки и наклеивание сверху плоского металлического пластыря («металлическая пробка и металлический пластырь»)

ЩЩ - ремонтируемая металлическая деталь; ЩЩ - металлический пластырь; _ НВ - клей-герметик.

Модели с клеевыми пробками (1,2 и 5) понизили прочность на 25 - 30%, что следует считать значительным снижением. Меньшую устойчивость к действию эксплуатационных факторов можно объяснить возникновением больших внутренних напряжений в клеевых пробках, имеющих довольно большой объем. Это подтверждается фактом понижения относительной прочности у клее-

вых уплотнений с возрастанием геометрических размеров пробки при сохранении одинакового коэффициента формы отверстия Кфо.

Установлено, что в условиях воздействия агрессивных сред эффективность применения металлических пластырей в моделях КГС 5 и 7 повышается. Влияние клеевого пластыря в КГС 2 проявляется слабо. Модели 3 и 4 резко снизили свою прочность. Испытания показали, что КГС, сформированные этими способами, имеют низкую как начальную прочность, так и недостаточную устойчивость к воздействию эксплуатационных факторов. Этот результат может быть объяснен возникновением в данных КГС больших отслаивающих напряжений в клеевом слое. Следует признать, что способы восстановления герметичности №3 и 4 являются ненадежными, поэтому следует воздерживаться от их использования для ремонта деталей и агрегатов, эксплуатирующихся при высоком давлении и в агрессивных средах.

Установлено что, геометрические параметры КГС также оказывают значительное влияние на стойкость к эксплуатационным факторам. Показано, что использование КГС, у которых Кф0 > 1, в большинстве случаев нецелесообраз>-но. Рекомендовано использовать для ремонта БМП и технологического оборудования КГС, сформированные по способу №7.

С использованием метода пограничного слоя были построены математические модели напряженного состояния в клеевых слоях металлополимерных герметизирующих систем. Математические модели позволяют прогнозировать характер изменения прочности КГС при перемене их геометрических параметров и эксплуатационной температуры.

С целью определения уровня долговечности для КГС различного типа и прогнозирования времени сохранения герметичности специальные образцы для проведения длительных испытаний, имеющие отверстие, имитирующее повреждение, герметизировали различными способами, затем подключали к стенду, позволяющему поддерживать заданное давление герметизируемой среды (хла-доно-масляная смесь, водный раствор CMC или др.). После этого определяли длительность сохранения герметичности моделей при действии определенного уровня давления (в процентах от разрушающего давления). Результаты испытаний представлены в виде графика (рис, 7) зависимости времени сохранения герметичности (в логарифмической форме) от давления смеси хладона и азота в модельных образцах. Видно, что долговечность испытанных моделей подчиняется экспоненциальной зависимости, предложенной С.Н. Журковым.

Прогнозирование времени сохранения герметичности КГС проводили путем экстраполяции полученной зависимости на временную базу (наработку на отказ), равную 10 годам. Установлено, что длительная прочность для моделей КГС при действии давления смеси хладона и азота обеспечивается при следующих коэффициентах длительной прочности: Кда = 0,56 для КГС №7, Кот = 0,51 для КГС №6, Кщ, = 0,22 для КГС №4. Для КГС №4 прогнозируемый срок сохранения герметичности - около двух лет. Аналогичным методом определили Кд„ при действии давления других герметизируемых сред.

Р, МПа

10

5

20

15

0

10'2 10'1 10 Ю2 103 10* 105 Время до разгерметизации, час

Рис. 7 - Долговечность различных типов клеевых герметизирующих систем: 1 -модель №7; 2 - модель №6; 3 - модель №1; 4 - модель №4 при действии давления смеси хладона и азота (стрелки у точек - неразрушившиеся образцы)

В пятой главе приведен пример использования результатов исследования - разработка технологического процесса ремонта испарителей бытовых холодильных приборов клеевым способом. Дан анализ известных в ремонтной практике способов восстановления герметичности алюминиевых испарителей; определены основные требования, предъявляемые к разрабатываемой технологии восстановления герметичности испарителей; проведен анализ основных видов дефектов испарителей, поступающих в ремонт; проведен сравнительный анализ известных клеевых способов восстановления герметичности испарителей и исследованы причины разгерметизации клеевой системы; разработан новый способ герметизации испарителей.

Для повышения надежности, долговечности и герметизирующей способности клеевой системы предложено использовать специальный алюминиевый пластырь, имеющий в центральной части пластины цилиндрический выступ плотно входящий в предварительно разделанное до диаметра выступа отверстие и герметизирующий это отверстие с помощью клея (рис. 8). Установка этого выступа в пластыре позволяет получить цилиндрическую клеевую герметизирующую систему, применение которой устраняет концентрацию напряжений в клеевом шве у краев отверстия, возникающих при действии давления хладона внутри канала, устраняет отслаивающие нагрузки на клеевой шов и заменяет их на сдвиговые. Цилиндрические клеевые соединения обладают высокой герметизирующей способностью, хорошо переносят перепады температуры характерные для испарителя, поскольку при понижении температуры в них уменьшаются внутренние напряжения.

Предварительная разделка отверстия до диаметра выступа путем сверления или развальцовки позволяет получить гладкую, чистую поверхность метал-

ла, которую хорошо смачивает клей. При использовании цилиндрической клеевой герметизирующей системы площадь соприкосновения клеевого шва и хла-доно-масляного раствора минимальна, т.к. толщина клеевой прослойки между цилиндрическим выступом и металлом испарителя составляет сотые доли миллиметра. Пластина пластыря защищает клеевой шов от действия влаги и механических повреждений, наличие выступа в пластыре облегчает его фиксацию на месте повреждения. Основным герметизирующим элементом в данном способе является цилиндрическая клеевая система, а клеевой слой между пластиной пластыря и наружной поверхностью испарителя служит дополнительным герметизирующим элементом. Он практически не несет нагрузку, поэтому появляется возможность уменьшить толщину и диаметр пластины, что улучшает внешний вид отремонтированного испарителя. Пластырь изготавливается штамповкой из алюминиевого сплава.

Рис. 8 - Специальный алюминиевый пластырь и схема герметизации отверстия в стенке канала испарителя при помощи клея и пластыря:

1 - алюминиевый пластырь с цилиндрическим выступом (спецпластырь); 2 - клеевой слой; 3 - стенка канала.

Проведенные исследования по выбору клея, пригодного для восстановления герметичности испарителя показали, что для указанной цели могут быть использованы как одноупаковочный клей горячего отверждения (например, для ремонта в передвижной мастерской), так и эпоксидный клей холодного отверждения (для ремонта в стационарной мастерской).

Проведено сравнительное исследование долговечности КГС, сформированных при ремонте испарителей по предложенному способу, а также других типов КГС. С помощью разработанной методики проведено прогнозирование срока сохранения герметичности испарителей после ремонта, которое показало, что испарители, герметизированные по новому способу, будут иметь срок службы не менее 10 лет, а по другим способам - значительно меньшие сроки. Длительная эксплуатация в реальных условиях, отремонтированных по предложенной технологии испарителей бытовых холодильников, подтвердила этот результат.

На основе предложенного способа герметизации, разработан технологический процесс восстановления герметичности испарителей бытовых холодильников с использованием клеев-герметиков, а также спроектирована и изготовлена оснастка для штампования спецпластыря. Производственные испытания и внедрение разработанной технологии на нескольких предприятиях по ремонту

бытовой техники доказали, что ее применение позволяет значительно повысить надежность герметизации по сравнению с ранее использовавшимися технологиями ремонта испарителей с применением клея, внедрить новую услугу и получить значительный экономический эффект.

Основные результаты и выводы

Анализ результатов исследований, выполненных в диссертации, позволил сделать следующие выводы и дать научно обоснованные рекомендации производству:

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана возможность успешного применения клеев-герметиков для восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов БМП, технологического оборудования предприятий сервиса, работающих под давлением жидких и газообразных агрессивных сред.

2. Путем проведения системного анализа проблемы долговременного сохранения герметичности клеевых соединений металлов определены основные элементы клеевой герметизирующей системы, дано определение данной системе, предложены структурные модели основных типов меташюполимерных КГС. Выявлены главные факторы, определяющие долговечность КГС: рецептурный, адгезионный, конструкционный, технологический, эксплуатационный, физико-механические и физико-химические свойства клеевого слоя. Установлен характер связи между указанными факторами, дана оценка их вклада в обеспечение требуемого уровня долговечности работы герметизирующей системы, показана возможность значительного повышения долговечности герметизирующих клеевых соединений металлов. Установлено, что наибольшей весомостью обладают конструкционный, рецептурный и адгезионный факторы.

3. Разработаны методики экспериментального исследования металлополи-мерных КГС и технические средства для их проведения. Сформулированы требования, которым должны удовлетворять клеи-герметики, предназначенные для восстановления герметичности металлических деталей и агрегатов БМП и технологического оборудования предприятий сервиса, работающих под давлением жидких и газообразных агрессивных сред.

4. В результате проведения сравнительных испытаний различных типов клеев установлено, что наиболее близко требуемому комплексу показателей соответствуют эпоксидные клеи, образующие в процессе формирования клеевого соединения сетчатую структуру. Разработаны и испытаны рецептуры одноупа-ковочных и двухупаковочных эпоксидных клеев-герметиков с улучшенными характеристиками, удовлетворяющими технологическим, эксплуатационным, гигиеническим и другим требованиям. Путем построения математических моделей клеевых композиций оптимизирован их состав. Определены технологические параметры и области применения разработанных клеев-герметиков.

5. Методом экспериментального исследования физических моделей различных типов металлополимерных КГС определен характер влияния конструктивной схемы, геометрических параметров и напряженного состояния на их прочность и долговечность; разработана математическая модель напряженного

состояния КГС. Установлено, что наибольшей прочностью и долговечностью обладают КГС, сформированные таким образом, что в клеевом шве возникают в основном сдвиговые напряжения, а наименьшей - системы, в которых клеевое соединение работает на неравномерный отрыв. Разработана методика прогнозирования долговечности КГС; определены безопасные уровни давления герметизируемой среды для заданной временной базы наработки на отказ.

6. Разработаны рекомендации по использованию конструкторско-технологических решений при формировании КГС в процессе ремонта металлических деталей бытовой техники, обладающих повышенной прочностью и долговечностью. Разработан новый способ, технологический процесс и оснастка для восстановления герметичности испарителей бытовых холодильных приборов с использованием КГС, обладающей повышенной долговечностью. Технологический процесс и оснастка для реализации предложенного способа ремонта испарителей прошли производственные испытания и внедрены на предприятиях бытового обслуживания, получен значительный экономический эффект.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тартанов, A.A. Исследование стойкости металлополимерных соединений в хладономасляной среде [Текст] / Ю.К. Тябин, A.B. Кожемяченко, A.A. Тартанов // Сб. научных трудов МТИ, вып. 43, М.: 1980. - С. 90-94.

2. Тартанов, A.A. Влияние модифицирующих добавок на свойства эпоксидных композиций, предназначенных для ремонта техники [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // Сб. научных трудов МТИ, вып.38,М.: 1980.-С. 147-151.

3. Тартанов, A.A. Анализ физико-механических параметров эпоксидных композиций для ремонта металлических деталей бытовой техники [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // Тезисы юбилейной научно-технической конференции МТИ, М.: 1977. - С. 87-88.

4. Тартанов, A.A. Исследование модифицированных эпоксидно-диановых смол [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // Тезисы юбилейной научно-технической конференции МТИ, М.: 1977. - С. 110.

5. Тартанов, A.A. Исследование возможности применения эпоксидных композиций при ремонте бытовых машин [Текст] /Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции, Уфа.: 1979.-С. 19-21.

6. Тартанов, A.A. Исследование возможности применения эпоксидного пленочного клея при ремонте бытовых холодильников [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // Совершенствование технологии и организации производства в сфере бытового обслуживания / Тезисы докладов научно-технической конференции, Уфа.: 1981. - С. 92-94.

7. Тартанов, A.A. Ремонт узлов и деталей бытовых холодильников при помощи пленочного эпоксидного клея [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов // ЦБНТИ, Бытовое обслуживание населения. Серия: Ремонт бытовой техники. Научно-технический реферативный сборник, выпуск 4, М.:1983. - С. 1-7.

8. Тартанов, A.A. Применение порошковых эпоксидных композиций при ремонте металлических деталей бытовой техники [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A.

Тартанов // ЦБНТИ. Бытовое обслуживание населения. Сер. Ремонт бытовой техники. Экспресс-инф. (отечественный опыт), Выпуск 2, М.: 1985. - С. 1-5.

9. Тартанов, A.A. Оценка долговечности герметизирующих клеевых соединений в холодильных агрегатах бытовых холодильников [Текст] / Ю.К. Тябин, A.A. Тартанов, В.И. Малыхин // Пути совершенствования эксплуатации и ремонта техники и технологического оборудования: Сб. научных трудов МТИ. - вып. 61, М.: 1986. - С 45-49.

10.Тартанов, А.А Принципы конструирования полимерных клеевых герметизирующих систем с повышенной долговечностью, прогнозирование их свойств и применение [Текст] / A.A. Тартанов // Прогрессивные полимерные материалы, их переработка и применение. Тезисы докладов научно-технической конференции, Ростов-на-Дону: 1989. - С. 134-135.

11.Тартанов, A.A. Технология восстановления герметичности испарителей бытовых холодильников с помощью полимерного клея и спецпластыря [Текст] / A.A. Тартанов // Известия вузов. Технология легкой промышленности. Т.34;№1,1991.-С. 140-141.

12.Тартанов, A.A. Совершенствование технологии ремонта испарителей бытовых холодильников клеевым способом [Текст] /A.A. Тартанов // Совершенствование техники и технологии изготовления изделий из кожи и тканей. Сб. научных трудов / ДГАС, вып. 19, Шахты: 1996. - С. 49-54.

13. Тартанов, A.A. Использование отходов декоративного слоистого пластика в качестве активного наполнителя эпоксидных композиций [Текст] / A.A. Тартанов // Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности Ростовской области: Сб. трудов / Донское отделение Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, ДГТУ - Ростов-на-Дону, 1997. - С. 40-42.

14.Тартанов, A.A. Исследование стойкости клеевых соединений металлов на основе одноупаковочного эпоксидного клея к эксплуатационным факторам [Текст] / A.A. Тартанов, П.Н. Козаченко // Межвузовский сборник научных трудов/ ДГАС, выпуск 29, Шахты: 1998. - С. 60-63.

15.Тартанов, A.A. Свойства модифицированного эпоксидного клея/ A.A. Тартанов // Межвузовский сборник научных трудов [Текст] / ДГАС, выпуск 32, Шахты: 1999.-С. 36.

16. Тартанов, A.A. Применение измельченных отходов гетинакса в качестве наполнителя эпоксидных компаундов [Текст] / A.A. Тартанов // Экология, технология и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов / Донское отделение Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, ДГТУ, Ростов-на-Дону: 2001- С.52-53.

17. Тартанов, A.A. Использование отходов стеклотекстолита в качестве наполнителя эпоксидных композиций [Текст] / A.A. Тартанов // Экология, технология и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов в 2-х ч. ЧII, / Донское отделение Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2003 - С.54-57.

18. Тартанов, A.A. Оценка взаимодействия полимерных клеевых композиций с пищевыми средами [Текст] / A.A. Тартанов, A.B. Кожемяченко // Экология, технология и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов в 2-х ч.

ЧII,/Донское отделение Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2003 - С. 168-173.

19. Тартанов, A.A. Влияние воздействия хладагента на адгезионную прочность клеевых соединений металла [Текст] / A.A. Тартанов // Сборник статей V Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение».- Пенза, 2003 - С. 114-117.

20. Тартанов, A.A. Заливочный эпоксидный компаунд с наполнителем из измельченных отходов слоистого пластика [Текст] / A.A. Тартанов // Сборник научных трудов Международной научно-техн. конф. «Композиционные строительные материалы. Теория и практика - Пенза, 2004. -С. 298-300.

21. Тартанов, A.A. Влияние способа подготовки наполнителя на свойства эпоксидных клеевых композиций [Текст] / A.A. Тартанов // Композиционные материалы. Теория и практика: Сб. статей Международной научно-технической конференции /Приволжский Дом знаний.- Пенза, 2005.- С. 68.

22. Тартанов, А.А Использование эпоксидных композиций в качестве защитных покрытий для алюминиевого сплава [Текст] / A.A. Тартанов // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сб. статей II Всероссийской научно-практической конференции /Приволжский Дом знаний.- Пенза, 2005,- С. 52-55.

23. Тартанов, A.A. Системный анализ проблемы повышения долговечности герметизирующих клеевых соединений металлов [Текст] / A.A. Тартанов, A.B. Кожемяченко // Проблемы машиностроения и технического обслуживания в сфере сервиса. Радиоэлектроника, телекоммуникации и информационные технологии: Межвуз. сб. науч. трудов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005.-С. 11-13.

24. Тартанов, A.A. Влияние эксплуатационных факторов на прочность клеевых соединений металлов, используемых в ремонте бытовой техники и оборудования [Текст] / A.A. Тартанов, A.B. Кожемяченко, П.Н. Козаченко // Проблемы машиностроения и технического обслуживания в сфере сервиса. Радиоэлектроника, телекоммуникации и информационные технологии: Межвуз. сб. науч. трудов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005,- С. 40 - 42.

25. Тартанов, A.A. Использование комплексов бис-азометинов с переходными металлами в качестве ускорителей отверждения одноупаковочного эпоксидного клея [Текст] / A.A. Тартанов, Т.В. Романенко // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. -2005. Приложение № 4, - С. 31-35.

26. Тартанов, A.A. Исследование стойкости клеевых соединений металлов к воздействию озонобезопасных хладагентов [Текст] / A.A. Тартанов, A.B. Кожемяченко // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. -2005. Приложение №4, - С. 29-31.

Подписано в печать 15.11.05. Заказ № 163. Бумага офсетная. Печать ризография. Объем 1,0 уч.-изд.л. Формат 60x80/16. Тираж 100.

Отпечатано в типографии: «ИП Бурыхин Б.М.» 346500, г.Шахты, Ростовская обл., ул. Шевченко, 143.

РНБ Русским фонд

2006-4 28908

№ 5 0 09

i

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Тартанов, Александр Алексеевич

Введение.

Глава 1. Анализ применения клеевых композиций для восстановления герметичности металлических деталей, узлов, агрегатов.

1.1 Основные понятия в теории герметизации.

1.2 Обоснование применения клеевого способа для восстановления герметичности металлических деталей и узлов.

1.3 Определение номенклатуры поврежденных металлических деталей, узлов и агрегатов бытовых машин и технологического оборудования, пригодных для восстановления герметичности с использованием полимерных клеев-герметиков.

1.4 Характеристика факторов, воздействующих на детали, узлы и агрегаты бытовых машин, приборов и технологического оборудования предприятий сервиса в процессе их эксплуатации.

1.5 Общие сведения о герметизирующих материалах на основе полимерных клеев и герметиков.

1.6 Примеры применения клеев-герметиков в различных отраслях производства и при ремонте машин и оборудования.

1.6.1 Применение клеев для создания герметичных конструкций.

1.6.2 Применение клеев-герметиков для ремонта металлических деталей, узлов машин, агрегатов и трубопроводов.

1.7 Выводы по главе 1.

Глава 2. Теоретическое обоснование методики решения проблемы повышения долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем. Характеристика экспериментальных методов исследования.

2.1 Герметизирующие системы и принципы их построения.

2.2 Металлополимерные герметизирующие системы.

2.3 Клеевые герметизирующие системы и их структура.

2.4 Системный анализ проблемы повышения долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем.

2.5 Характеристика экспериментальных методов исследования.

2.5.1 Методика исследования физико-механических и технологических свойств клеев и клеевых соединений.

2.5.2 Методика испытания клеев и клеевых соединений на стойкость к факторам, возникающим при эксплуатации БМП и технологического оборудования.

2.5.3 Методика физико-химических исследований.

2.6 Математико-статистические методы обработки результатов эксперимента.

2.7 Определение основных задач исследования.

Глава 3. Разработка и исследование свойств клеев-герметиков.

3.1 Определение требований, предъявляемых к клеям-герметикам и клеевым соединениям.

3.2 Сравнительный анализ свойств клеев и выбор полимерной основы для разработки клеев-герметиков.

3.3 Разработка и исследование свойств одноупаковочных эпоксидных клеевых композиций.

3.3.1 Разработка и исследование свойств пленочного клея-герметика.

3.3.2 Разработка и исследование свойств одноупаковочного эпоксидного клея с пониженной температурой отверждения и сокращенным временем отверждения.

3.4 Разработка и исследование свойств двухупаковочных эпоксидных клеевых композиций.

3.4.1 Разработка модифицированного полиуретаном эпоксидного клея

3.4.2 Исследование влияния способа обработки металлического наполнителя на свойства эпоксидных клеевых композиций.

3.5 Исследование стойкости клеевых соединений металлов к эксплуатационным факторам.

3.6 Оценка взаимодействия полимерных клеевых композиций с пищевыми средами.

3.7 Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование влияния конструктивных параметров и напряженного состояния металлополимерных клеевых герметизирующих систем на их долговечность.

4.1 Разработка физических моделей металлополимерных клеевых герметизирующих систем.

4.2 Определение прочности моделей металлополимерных клеевых герметизирующих систем и их стойкости к действию эксплуатационных факторов.

4.3 Разработка математической модели напряженного состояния клеевых герметизирующих систем.

4.4 Определение долговечности металлополимерных клеевых герметизирующих систем.

4.5 Выводы по главе 4.

Глава 5. Пример использования результатов исследования разработка клеевой герметизирующей системы для ремонта испарителей бытовых холодильников и технологического процесса ремонта.

5.1 Определение основных видов повреждений испарителей, поступающих в ремонт и анализ причин их возникновения.

5.2 Сравнительный анализ методов восстановления герметичности алюминиевых испарителей.

5.3 Основные требования, предъявляемые к разрабатываемой технологии восстановления герметичности испарителей.

5.4 Анализ известных способов восстановления герметичности испарителей с помощью клея.

5.5 Выбор клеев-герметиков, пригодных для ремонта испарителей и исследование их свойств.

5.6 Разработка клеевой герметизирующей системы для ремонта испарителей.

5.7 Исследование долговечности клеевой герметизирующей системы и прогнозирование срока сохранения герметичности испарителя после ремонта.

5.8 Разработка технологического процесса восстановления герметичности испарителя клеевым способом.

5.9 Производственные испытания.

5.10 Выводы по главе 5.

Введение 2005 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Тартанов, Александр Алексеевич

Актуальность темы. Улучшить качество бытового обслуживания населения можно путем повышения механизации предприятий, применения новейших технологий, эффективного использования оборудования и подготовки высококвалифицированных специалистов. Представленная работа направлена на решение актуальных задач по разработке научных основ новых технологических процессов ремонта бытовых машин и приборов (БМП) с целью повышения качества услуг и эффективности работы предприятий.

Значительное число металлических деталей, узлов, агрегатов БМП и технологического оборудования предприятий сервиса, работающих под давлением жидких и газообразных агрессивных сред, выходят из строя по причине нарушения герметичности. Традиционными способами восстановления герметичности являются методы с использованием сварки, пайки, эластичных прокладок, прижатых к отверстию с помощью механических приспособлений (хомутов, струбцин, резьбовых соединений и т.п.). Для осуществления проведения ремонта данными способам требуется иметь сложное оборудование, высококвалифицированный персонал. Внешний вид отремонтированных деталей не всегда соответствует требованиям заказчика.

В связи с этим большой интерес представляет использование полимерных клеев для восстановления герметичности деталей и узлов бытовых холодильных приборов, машин для обработки белья, аппаратов химической чистки одежды и технологического оборудования, эксплуатирующегося при воздействии агрессивной среды. Во многих случаях применение полимерных клеев-герметиков позволяет значительно упростить технологию ремонта, снизить стоимость и сократить сроки его проведения, организовать ремонт на базе небольших ремонтных предприятий и на дому у заказчика.

Например, по причине нарушения герметичности испарителя в ремонт поступает 15-20 % холодильных агрегатов бытовых холодильников. До настоящего времени большинство алюминиевых испарителей бытовых холодильников не восстанавливается, а заменяется на новые. Существующие способы ремонта испарителей не получили широкого распространения, поскольку для осуществления аргоно-дуговой сварки алюминия требуется специальная аппаратура и высококвалифицированные сварщики, а пайка алюминия под флюсом также вызывает ряд трудностей, связанных с малой толщиной стенки канала (0,7 — 0,9 мм) и опасностью возникновения электрохимической коррозии в месте пайки. На поверхности испарителя, отремонтированного с использованием сварки или пайки, выгорает лаковое защитное покрытие и остается темное пятно, портящее его внешний вид. Отсутствие доступных методов ремонта испарителей вызывает повышение стоимости ремонта, а в некоторых случаях приводит к увеличению сроков ремонта из-за отсутствия необходимого типоразмера испарителя.

Клеевой способ восстановления герметичности при ремонте БМП и оборудования, используемого на предприятиях бытового обслуживания еще не получил широкого распространения, поскольку существуют опасения в недостаточной надежности клеевого уплотнения. Подобные опасения являлись в какой-то мере оправданными, поскольку первые попытки применения клеев для восстановления герметичности металлических деталей носили эмпирический характер и не всегда давали требуемый результат. Недостаточная изученность факторов, от которых зависит долговечность клеевого уплотнения, приводит к неудачам в использовании клеевого способа ремонта, затрудняет его внедрение.